本技术涉及钢铁连续铸造试验技术,创新性地提出了一种连铸圆坯结晶器复合搅拌水模型试验装置及其试验方法。该装置涵盖结晶器、浸入式水口、水口旋流搅拌器、搅拌器传动马达和结晶器搅拌系统,旨在优化连铸过程,提高铸坯质量。
背景技术
在圆坯连铸生产过程中,结晶器内钢液的流动行为直接影响连铸钢坯的质量,钢铁企业应用结晶器电磁搅拌技术使结晶器内钢液发生旋转流动,从而优化结晶器内流场,然而,当结晶器电磁搅拌的强度过大时,会在结晶器内产生过强的二次流动,不利于溶质元素在连铸钢坯内均匀分布,从而恶化钢材使用性能。基于以上问题,国内外科研人员提出水口旋流技术,可使结晶器内钢液同样发生旋转运动来替代结晶器电磁搅拌。
目前,水口旋流连铸技术可采用多种实现方法。公开号为的CN114939651A的中国专利申请公开了一种具有旋流作用的连铸中间包装置及工艺方法,授权号为CN111482588B的中国专利公开了一种浸入式水口旋流发生器、中间包及应用,授权号为CN105965003B的中国专利公开了一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法,授权号为CN117718467B的中国专利公开了一种电磁旋流增强型浸入式水口,授权号为CN106166609B的中国专利公开了一种浸入式水口电磁旋流装置。这些技术是通过调整浸入式水口或中间包的结构,或采用电磁冶金技术使钢液离开浸入式水口后在结晶器内保持旋转流动。相关研究发现,当水口旋流技术与原有结晶器电磁搅拌配合使用,即对结晶器内钢液进行复合搅拌时,连铸钢坯宏观偏析缺陷的严重程度能够得到进一步降低。
现有技术中,复合搅拌对连铸圆坯结晶器流场作用效果的研究工作仅局限于工业试验和数值模拟研究,当采用工业试验作为研究方法,无法直观地展现复合搅拌作用下结晶器内钢液流动轨迹的变化规律,而数值模拟研究结果需要通过物理模拟进行验证。因此,采用水模型物理模拟研究方法可将连铸现场设备按照一定比例缩小,直观地展现复合搅拌对连铸圆坯结晶器流场的作用效果,然而,由于电磁力无法作用于以水为介质的流体,水模型试验装置无法使用电磁搅拌技术使水发生旋转,而且采用调整中间包或浸入式水口结构实现水口旋流技术时,水口旋流强度无法根据试验要求自由调节,在考察不同水口旋流强度作为水模型试验条件时,需要制造多组旋流发生器部件,这会增加试验装置的制造时间和加工成本,另外,目前尚不存在实现水口旋流与结晶器电磁搅拌耦合作用的水模型试验装置的设计。针对上述存在的问题,研究设计一种新型的连铸圆坯结晶器复合搅拌水模型试验装置及使用方法,克服现有复合搅拌对连铸圆坯结晶器流场作用效果的研究工作中所存在的问题是十分必要的。
实现思路